Diferencia entre revisiones de «Onda»
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{{otros usos|Onda}}
[[Archivo:2006-01-14 Surface waves.jpg|thumb|250px|Ondas propagadas en agua]]
[[Archivo:Standing wave 2.gif|250px|thumb|Onda estacionaria formada por la interferencia entre una onda (azul) que avanza hacia la derecha y una onda (roja) que avanza hacia la izquierda.]]
En [[física]], una '''onda''' es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal, el [[espacio]] o el [[Vacío (física)|vacío]].
La propiedad del medio en la que se observa la particularidad se expresa como una función tanto de la posición como del tiempo <math> \psi(\vec{r},t) </math>. Matemáticamente se dice que dicha función es una onda si verifica la ecuación de ondas:
:<math>\nabla^2 \psi (\vec{r},t) = \frac{1}{v^2} {\partial^2 \psi \over\partial t^2}(\vec{r},t) </math>
donde ''v'' es la velocidad de propagación de la onda. Por ejemplo, ciertas perturbaciones de la presión de un medio, llamadas [[sonido]], verifican la ecuación anterior, aunque algunas [[ecuación|ecuaciones]] no lineales también tienen soluciones ondulatorias, por ejemplo, un [[solitón]].
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Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de saturación de la onda.
Frecuencia: Se entiende por frecuencia al número de veces que es repetida dicha vibración en otras palabras es una simple repetición de valores por un
== Características ==
[[Image:Wave motion-i18n-mod.svg|thumb|300px|right|
'''A''' = En aguas profundas.<br />
'''B''' = En aguas superficiales. El movimiento elíptico de una partícula superficial se vuelve suave con la baja intensidad.<br />
'''1''' = Progresión de la onda <br />
'''2''' = Monte<br />
'''3''' = Valle]]
Las ondas periódicas están caracterizadas por ''[[monte (física)|crestas]]'' y ''[[valle (física)|valles]]'', y usualmente es categorizada como longitudinal o transversal. Una [[onda transversal]] son aquellas con las vibraciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y [[ondas electromagnéticas]]. [[Onda longitudinal|Ondas longitudinales]] son aquellas con vibraciones paralelas en la dirección de la propagación de las ondas; ejemplos incluyen ondas sonoras.
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* [[Onda de choque]] - Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono.
=== Polarización ===
{{AP|Polarización electromagnética}}
Una onda es [[polarizada]], si solo puede oscilar en una dirección. La polarización de una onda transversal describe la dirección de la oscilación, en el plano perpendicular a la dirección del viaje. Ondas longitudinales tales como ondas sonoras no exhiben polarización, porque para estas ondas la dirección de oscilación es a lo largo de la dirección de viaje. Una onda puede ser polarizada usando un filtro polarizador.
[[Archivo:cornwall Wave.jpg|thumb|150px|Una ola rompiendo contra las rocas]]
=== Ejemplos ===
Ejemplos de ondas:
* [[Ola]]s, que son perturbaciones que se propagan por el agua.
* [[Ondas de radio]], [[microondas]], [[infrarrojo|ondas infrarrojas]], [[luz visible]], [[ultravioleta|luz ultravioleta]], [[rayos X]], y [[rayos gamma]] conforman la [[radiación electromagnética]]. En este caso, la propagación es posible sin un medio, a través del vacío. Estas ondas electromagnéticas viajan a [[velocidad de la luz|299,792,458 m/s]] en el vacío.
* [[Sonido|Sonoras]] — una onda mecánica que se propaga por el aire, los líquidos o los sólidos.
* Ondas de [[tráfico]] (esto es, la propagación de diferentes densidades de vehículos, ''etc''.) — estas pueden modelarse como ondas cinemáticas como hizo [[James Lighthill|Sir M. J. Lighthill]]
* [[Onda sísmica|Ondas sísmicas]] en [[terremoto]]s.
* [[Onda gravitacional|Ondas gravitacionales]], que son fluctuaciones en la curvatura del espacio-tiempo predichas por la [[relatividad general]]. Estas ondas aún no han sido observadas empíricamente.
== Descripción matemática ==
[[Archivo:wave.png|right|frame|400px|Onda con amplitud constante.]]
[[Archivo:Wave packet.svg|right|thumb|Ilustración de una onda (en azul) y su envolvente (en rojo).]]
Desde un punto de vista matemático, la onda más sencilla o fundamental es el [[armónico]] (sinusoidal) la cual es descrita por la ecuación <math>f(x,t) = A\sin(\omega t-kx)),</math> donde <math>A</math> es la '''[[Amplitud (física)|amplitud]]''' de una onda - una medida de máximo vacío en el medio durante un ciclo de onda (la distancia máxima desde el punto más alto del monte al equilibrio). En la ilustración de la derecha, esta es la distancia máxima vertical entre la base y la onda. Las unidades de amplitud dependen del tipo de onda — las ondas en una cuerda tienen una amplitud expresada como una distancia (metros), las ondas sonoras como presión (pascales) y ondas electromagnéticas como la amplitud del [[campo eléctrico]] (voltios/metros). La amplitud puede ser constante, o puede variar con el tiempo y/o posición. La forma de la variación de amplitud es llamada la ''envolvente'' de la onda.
La '''[[longitud de onda]]''' (simbolizada por <math>\lambda</math>) es la distancia entre dos montes o valles seguidos. Suele medirse en metros, aunque en óptica es más común usar los [[nanómetro]]s o los [[amstrong]]s (Å).
Un '''[[número de onda angular]]''' <math>k</math> puede ser asociado con la longitud de onda por la relación:
<math>
k = \frac{2 \pi}{\lambda}. \,
</math>
[[Archivo:Simple harmonic motion animation.gif|thumb|right|Las ondas pueden ser representadas por un [[movimiento armónico simple]].]]
El '''[[periodo (física)|periodo]]''' <math>T</math> es el tiempo para un ciclo completo de oscilación de la onda. La '''[[frecuencia]]''' <math>f</math> es cuantos periodos por unidad de tiempo (por ejemplo un segundo) y es medida en [[hertz]]. Esto es relacionado por:
:<math>
f=\frac{1}{T}. \,
</math>
En otras palabras, la frecuencia y el periodo de una onda son recíprocas entre sí.
La ''[[frecuencia angular]]'' <math>\omega</math> representa la frecuencia en radianes por segundo. Está relacionada con la frecuencia por
:
<math>\omega = 2 \pi f = \frac{2 \pi}{T}. \,
</math>
Hay dos velocidades diferentes asociadas a las ondas. La primera es la '''[[velocidad de fase]]''', la cual indica la tasa con la que la onda se propaga, y esta dada por:
<math>v_p = \frac{\omega}{k} = {\lambda}f.</math>
La segunda es la '''[[velocidad de grupo]]''', la cual da la velocidad con la que las variaciones en la forma de la amplitud de la onda se propagan por el espacio. Esta es la tasa a la cual la información puede ser transmitida por la onda. Está dada por:
:<math>
v_g = \frac{\partial \omega}{\partial k}. \,
</math>
=== Ecuación de onda ===
{{AP|Ecuación de onda}}
La '''ecuación de onda''' es un tipo de [[ecuación diferencial]] que describe la evolución de una [[Movimiento armónico simple|onda armónica simple]] a lo largo del tiempo. Esta ecuación presenta ligeras variantes dependiendo de como se transmite la onda, y del medio a través del cual se propaga. Si consideramos una onda unidimensional que se transmite a lo largo de una cuerda en el eje ''x'', a una velocidad <math>v</math> y con una amplitud <math>u</math> (que generalmente depende tanto de ''x'' y de ''t''), la ecuación de onda es:
:<math>
\frac{1}{v^2}\frac{\partial^2 u}{\partial t^2}=\frac{\partial^2 u}{\partial x^2}. \,
</math>
Trasladado a tres dimensiones, sería
:<math>
\frac{1}{v^2}\frac{\partial^2 u}{\partial t^2} = \nabla^2 u. \,
</math>
donde <math>\nabla^2</math> es el [[operador laplaciano]].
La velocidad ''v'' depende del tipo de onda y del medio a través del cual viaja.
[[Jean Le Rond d'Alembert]] obtuvo una solución general para la ecuación de onda en una dimensión:
:<math>
u(x,t)=F(x-vt)+G(x+vt). \,
</math>
Esta solución puede interpretarse como dos impulsos viajando a lo largo del eje ''x'' en direcciones opuestas: ''F'' en el sentido ''+x'' y ''G'' en el ''-x''. Si generalizamos la variable ''x'', reemplazándola por tres variables ''x'', ''y'', ''z'', entonces podemos describir la propagación de una onda en tres dimensiones.
La [[ecuación de Schrödinger]] describe el [[Dualidad onda corpúsculo|comportamiento]] ondulatorio de las [[Partícula elemental|partículas elementales]]. Las soluciones de esta ecuación son [[Función de ondas|funciones de ondas]] que pueden emplearse para hallar la [[Función de densidad de probabilidad|densidad de probabilidad]] de una partícula.
=== Ondas Viajeras ===
Una onda simple u ''onda viajera'' es una perturbación que varía tanto con el tiempo <math>t</math> como con la distancia <math>z</math> de la siguiente manera:
:<math>
y(z,t) = A(z, t)\sin (kz - \omega t + \phi), \,
</math>
donde <math>A(z, t)</math> es la amplitud de la onda, <math>k</math> es el ''número de onda'' y <math>\phi</math> es la ''[[fase (onda)|fase]]''. La [[velocidad de fase]] ''v''<sub>''f''</sub> de esta onda está dada por
:<math>
v_f = \frac{\omega}{k}= \lambda f, \,
</math>
donde <math>\lambda</math> es la ''[[longitud de onda]]''.
=== Onda estacionaria ===
{{AP|Onda estacionaria}}
[[Archivo:Standing wave.gif|frame|right|Onda estacionaria en un medio estático. Los puntos rojos representan los [[nodo]]s de la onda.]]
Una onda estacionaria es aquella que permanece fija, sin propagarse a través del medio. Este fenómeno puede darse, bien cuando el medio se mueve en sentido opuesto al de propagación de la onda, o bien puede aparecer en un medio estático como resultado de la [[interferencia]] entre dos ondas que viajan en sentidos opuestos.
La suma de dos ondas que se propagan en sentidos opuestos, con idéntica amplitud y frecuencia, dan lugar a una onda estacionaria. Las ondas estacionarias normalmente aparecen cuando una frontera bloquea la propagación de una onda viajera (como los extremos de una cuerda, o el bordillo de una piscina, más allá de los cuales la onda no puede propagarse). Esto provoca que la onda sea reflejada en sentido opuesto e interfiera con la onda inicial, dando lugar a una onda estacionaria. Por ejemplo, cuando se rasga la cuerda de un violín, se generan ondas transversales que se propagan en direcciones opuestas por toda la cuerda hasta llegar a los extremos. Una vez aquí son reflejadas de vuelta hasta que interfieren la una con la otra dando lugar a una onda estacionaria, que es lo que produce su sonido característico.
Las ondas estacionarias se caracterizan por presentar regiones donde la amplitud es nula (nodos), y regiones donde es máxima (vientres). La distancia entre dos nodos o vientres consecutivos es justamente <math>\lambda/2</math>, donde <math>\lambda</math> es la longitud de onda de la onda estacionaria.
Al contrario que en las ondas viajeras, en las ondas estacionarias no se produce propagación neta de energía.
Ver también: [[Resonancia acústica]], [[resonador de Helmholtz]], y [[tubo de órgano]]
=== Propagación en cuerdas ===
La velocidad de una onda viajando a través de una cuerda en vibración (v) es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la [[Tensión mecánica|tensión]] de la cuerda (''T'') por su [[densidad|densidad lineal]] (μ):
<math>
v=\sqrt{\frac{T}{\mu}}
</math>
== Clasificación de las ondas ==
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=== Refracción ===
Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate.
== Véase también ==
* [[Ecuación de onda]]
* [[Efecto Doppler]]
* [[Electromagnetismo]]
* [[Explosión sónica]]
* [[Fotón]]
* [[Dualidad onda corpúsculo]]
* [[Longitud de onda]]
* [[Movimiento ondulatorio]] y / o [[mecánica ondulatoria]]
* [[Ola]]
* [[Onda de choque]]
* [[Ondas no lineales]]
* [[Solitón]]
* [[Onda estacionaria]]
* [[Onda periódica]]
* [[Ondas sonoras]]
* [[Sonido]]
== Fuentes ==
* Campbell, M. and Greated, C. (1987). ''The Musician’s Guide to Acoustics''. New York: Schirmer Books.
* {{cita libro | nombre = A.P. | apellidos = French | título = Vibrations and Waves (M.I.T. Introductory physics series) | editorial = Nelson Thornes | año = 1971 | id = ISBN 0-393-09936-9}}
* Hall, D. E. (1980). ''Musical Acoustics: An Introduction''. Belmont, California: Wadsworth Publishing Company.
* Hunt, F. V. (1978). ''Origins in Acoustics''. New York: Acoustical Society of America Press, (1992).
* Ostrovsky, L. A. and Potapov, A. S. (1999). ''Modulated Waves, Theory and Applications''. Baltimore: The Johns Hopkins University Press.
* [http://www.acousticslab.org/papers/diss.htm Vassilakis, P.N. (2001)]. ''Perceptual and Physical Properties of Amplitude Fluctuation and their Musical Significance''. Doctoral Dissertation. University of California, Los Angeles.
== Enlaces externos ==
{{commons|Wave}}
{{wikcionario|onda}}
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[[Categoría:Ondas]]
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